貴州地區(qū)烤煙質(zhì)量分析與改進(jìn)

徐曉敏， 吳學(xué)軍， 文安元

(上海電機(jī)學(xué)院 商學(xué)院, 上海 201306)

中國(guó)是煙草稅大國(guó)，烤煙是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物之一。云貴高原地區(qū)氣溫適中，降水適量，分布著廣闊的黃壤和紅壤，適合烤煙的生長(zhǎng)特性，因此，烤煙的種植也成為云貴高原特色經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物?？緹熧|(zhì)量不僅與青葉質(zhì)量相關(guān)，還與烘烤的工藝流程息息相關(guān)。在貴州許多農(nóng)村地區(qū)，煙農(nóng)仍在使用傳統(tǒng)的黃土烤房烘烤煙葉，對(duì)于烘烤溫度仍是憑師傅的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判定，這樣很容易造成煙葉質(zhì)量不穩(wěn)定，高等級(jí)煙葉少甚至出現(xiàn)壞房，給煙農(nóng)造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 烤煙質(zhì)量改進(jìn)相關(guān)研究

為了提升烤煙的質(zhì)量，曾昭松等[1]從煙草種植的標(biāo)準(zhǔn)化出發(fā)探究煙葉采收集成化，對(duì)煙草行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了思路，從烤煙工藝流程所涉及到的各個(gè)環(huán)節(jié)和材料，探索改良的方法和工藝；石雨晨等[2]發(fā)現(xiàn)煙葉在烘烤過(guò)程中，在煙葉變黃階段不同的穩(wěn)溫時(shí)間對(duì)烤后煙葉質(zhì)量有重要影響。研究發(fā)現(xiàn)，下部葉T1(38 ℃穩(wěn)溫24 h、42 ℃穩(wěn)溫12 h)，中、上部葉T2(38 ℃穩(wěn)溫24 h、42 ℃穩(wěn)溫16 h)烤后煙葉質(zhì)量表現(xiàn)最好；李沁怡[3]從烤煙外觀質(zhì)量、化學(xué)成分、物理特性、感官質(zhì)量4個(gè)方面出發(fā)，發(fā)現(xiàn)密集烤房烘烤煙葉時(shí)，中部煙葉，上部煙葉和下部腳葉在干筋期階段最適宜的組織溫度和相對(duì)濕度，并經(jīng)過(guò)分析得到在此條件下煙葉物理特性較好，橘黃率高，香度濃郁，含筋率低；王懷珠等[4]通過(guò)對(duì)比不同材料在建筑成本，人工成本和能源消耗上的優(yōu)劣性試驗(yàn)，得出了不同的墻體材料對(duì)烘烤鮮干比、初烤葉中苯含量影響不顯著，初烤葉中甲醛和氟含量與板材之間有一定的相關(guān)性，但未達(dá)顯著水平，秸稈材料和彩鋼板材料在這三方面的性能能夠滿(mǎn)足煙葉烘烤需要；彭玖華[5]將煙葉烘烤過(guò)程中葉片組織分為3階段，以巫山煙葉為研究對(duì)象，探究烘烤工藝對(duì)煙葉水分散失的影響，以?xún)?yōu)化烘烤工藝，得出優(yōu)化烘烤工藝能夠在一定程度上促進(jìn)煙葉葉片與主脈失水的協(xié)調(diào)性，能夠提高煙葉質(zhì)量。趙金輝等[6]提出了新型的熱泵節(jié)能型烤煙技術(shù)，以熱泵提供熱空氣使煙葉葉片失水，從而達(dá)到青葉烘烤目的，該技術(shù)使用熱泵提供的熱空氣中不含傳統(tǒng)烘烤方式煤炭燃燒產(chǎn)生的硫，使烤后煙的質(zhì)量顯著提高，在煙葉葉片質(zhì)量上和香度及化學(xué)成分上區(qū)別于傳統(tǒng)的煤炭烤煙。張玉琴等[7-12]探索了不同的烤煙方式和工藝,選取去梗葉片和整葉片為對(duì)象，從煙葉物理特質(zhì)、外觀質(zhì)量、化學(xué)成分和經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，采用電熱式溫濕度自控密集烤煙箱進(jìn)行烘烤。結(jié)果表明：去梗處理后的葉片在品質(zhì)上有顯著提升，裝煙方式的差異和裝煙量的改進(jìn)有效提高了烘烤效率和經(jīng)濟(jì)效益。

還有學(xué)者將研究所得數(shù)據(jù)選取合適的方法[13-18]用于烤煙的質(zhì)量特性參數(shù)分析，如運(yùn)用假設(shè)檢驗(yàn)、六西格瑪公差設(shè)計(jì)、方差分析、過(guò)程能力分析、回歸分析等方法在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方面進(jìn)行了有益的嘗試。

2 煙葉烘烤工序

通常認(rèn)為烤煙的烘烤不過(guò)是將青葉里的水分烘烤出來(lái)，使青葉由青色變?yōu)辄S色。其實(shí)不然，2008年楊樹(shù)勛博士提出了以煙葉組織含水量，水分動(dòng)態(tài)性為基礎(chǔ)的煙葉烘烤技術(shù)，正式確定煙葉烘烤進(jìn)入科學(xué)烘烤時(shí)代。他認(rèn)為，煙葉烘烤過(guò)程其實(shí)是在烤房?jī)?nèi)將田間采收的煙葉通過(guò)人為調(diào)控環(huán)境因素，從而控制煙葉中的蛋白質(zhì)、糖類(lèi)以及香酯類(lèi)物質(zhì)的含量下加速煙葉衰老死亡的過(guò)程。隨著葉片的衰老，葉內(nèi)大分子有機(jī)物(葉綠素、淀粉、蛋白質(zhì)等)降解、消耗、轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生對(duì)品質(zhì)有用的糖、氨基酸、芳香類(lèi)物質(zhì)，當(dāng)接近最佳品質(zhì)要求時(shí)迅速使煙葉脫水干燥，抑制其衰老以致終止生理生化反應(yīng)，停止葉片衰老死亡的進(jìn)程，將生產(chǎn)和烘烤過(guò)程中形成的優(yōu)良品質(zhì)固定下來(lái)。一張青葉成為橘黃色的烤后煙，經(jīng)過(guò)了許多復(fù)雜的工序。

煙農(nóng)從煙草站購(gòu)買(mǎi)煙苗，經(jīng)過(guò)大盤(pán)營(yíng)養(yǎng)土的培育后下地，敷保險(xiǎn)膜并扎洞。在煙苗成長(zhǎng)期間施肥，針對(duì)天氣選擇入水或加深排水溝渠，長(zhǎng)出葉片后對(duì)病毒預(yù)防，打農(nóng)藥直到煙苗開(kāi)花。當(dāng)青葉開(kāi)花后會(huì)將煙芯折掉，便于葉片的成長(zhǎng)，使組織營(yíng)養(yǎng)不至于流失。一棵煙分上、中、下三部分葉片，中部葉片最大，成色組織和化學(xué)成分最為豐富，上部和下部腳葉略次。青葉采摘后迅速編煙，將兩片煙葉背靠背扎綁在竹竿上；然后上烘房，經(jīng)過(guò)不同時(shí)期溫度的控制，葉片開(kāi)始失水變干變黃有香氣；最后下桿對(duì)斑點(diǎn)和“筋”進(jìn)行處理，壓制后由煙草站評(píng)級(jí),然后由煙草站對(duì)其進(jìn)行過(guò)秤收購(gòu)。整個(gè)過(guò)程中各環(huán)節(jié)的把控決定了烤煙的質(zhì)量。

3 烤煙質(zhì)量改進(jìn)措施

3.1 影響烤煙質(zhì)量的原因分析

尋找影響烤后煙質(zhì)量等級(jí)下降的原因，運(yùn)用因果圖，結(jié)合實(shí)際情況，集思廣益，從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)方面進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 烤煙質(zhì)量下降因果圖

最終確認(rèn)有8個(gè)可能因素導(dǎo)致烤后煙的質(zhì)量等級(jí)下降，將此初步分析結(jié)果與專(zhuān)家進(jìn)行討論并逐步進(jìn)行排查后，進(jìn)行要因確認(rèn)，如表1所示。

表1 要因確認(rèn)表

最終確定有5個(gè)要因?qū)緹煹馁|(zhì)量有影響，進(jìn)一步采用多元線(xiàn)性回歸法尋找對(duì)烤煙質(zhì)量有顯著性影響的因素。

3.2 多元線(xiàn)性回歸法對(duì)烤煙質(zhì)量的影響因素分析

運(yùn)用因果圖、專(zhuān)家問(wèn)詢(xún)和現(xiàn)場(chǎng)考察等方法發(fā)現(xiàn)溫度、風(fēng)壓、密集度、相對(duì)濕度、穩(wěn)溫時(shí)間這5個(gè)因素對(duì)于烤煙的質(zhì)量等級(jí)有很大影響。收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Minitab軟件對(duì)這5個(gè)影響因素進(jìn)行分析，試圖找出影響烤煙質(zhì)量變化的關(guān)鍵變量。

建立回歸方程為

y=β0+β1x1+β2x2+…+β5x5+ε

建立原假設(shè)和備擇假設(shè)為

H0:β1=β2=β3=β4=β5=0

H1：β1，β2，β3，β4，β5至少有一個(gè)不為0；

收集統(tǒng)計(jì)銅仁地區(qū)25戶(hù)煙農(nóng)烘烤煙的烘烤溫度、風(fēng)壓、密集度、相對(duì)濕度、穩(wěn)溫時(shí)間的數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 25戶(hù)煙農(nóng)烤煙數(shù)據(jù)

表2中，y為含筋率低于0.15上等煙，桿；x1為濕度，%rh；x2為組織溫度，℃(只考慮變黃干筋縮水階段溫度)；x3為密集度(相同烤房所烘烤的桿數(shù))；x4為穩(wěn)溫時(shí)間，h；x5為風(fēng)壓，Pa。

回歸模型中有5個(gè)自變量，這些自變量之間可能存在彼此相關(guān)。為規(guī)避多重共線(xiàn)性采用逐步回歸法。由Minitab軟件輸出的逐步回歸結(jié)果如表3～表5所示。顯著性水平為0.05。

表3 模型匯總

表4 模型的方差分析表

表5 模型參數(shù)的估計(jì)和檢驗(yàn)

由表4可知，模型F檢驗(yàn)的顯著性水平接近0，小于顯著性水平0.05，表明該模型是顯著的。

可得估計(jì)的回歸方程為

各回歸系數(shù)實(shí)際意義為：0.617表示，在其他不變的條件下，溫度每上升1 ℃，上等煙桿數(shù)平均增加0.617桿；3.889表示，在其他不變的條件下，穩(wěn)溫時(shí)間延長(zhǎng)1 h，上等煙桿數(shù)平均增加3.889桿。

在顯著性水平0.05的情況下，溫度、穩(wěn)溫時(shí)間的P值都小于0.05，所以拒絕原假設(shè)，得出烤房?jī)?nèi)的溫度、穩(wěn)溫時(shí)間對(duì)烤煙上等煙桿數(shù)影響顯著。

回歸系數(shù)的假設(shè)檢驗(yàn)為

H0：βi=0；H1：βi≠0(i=2,4)

在顯著性水平α=0.05的情況下，由于Sig.值均小于0.05，可以得出溫度、穩(wěn)溫時(shí)間對(duì)含筋率(低于0.15的上等煙)影響顯著。

4 改善前后烤煙質(zhì)量對(duì)比分析

烤煙評(píng)級(jí)時(shí)含筋率是重要指標(biāo)，煙葉含筋率低于0.15為上等煙。含筋率是整烘煙葉中葉片“筋?！闭颊~片的比值，含筋率越低烤煙的上等煙桿數(shù)越多[17]。通過(guò)對(duì)影響烤煙質(zhì)量的溫度和穩(wěn)溫時(shí)間進(jìn)行改進(jìn)后，選取銅仁地區(qū)25戶(hù)煙農(nóng)的烤煙含筋率為樣本，如表6所示。運(yùn)用假設(shè)檢驗(yàn)方法來(lái)推斷此地區(qū)煙農(nóng)烤煙的含筋率是否有顯著降低，顯著性水平為0.05。

表6 25戶(hù)煙農(nóng)的烤煙含筋率樣本數(shù)據(jù)

由表6計(jì)算可知，改進(jìn)后樣本的烤煙平均含筋率為0.086，對(duì)其進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，以確認(rèn)改進(jìn)烤煙溫度和穩(wěn)溫時(shí)間后烤煙的含筋率是否有顯著降低。

原假設(shè)和備擇假設(shè)為

H0：π≥0.15H1：π<0.15

運(yùn)用Minitab軟件對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得結(jié)果如表7所示。

表7 假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，P=0.027<0.05,拒絕原假設(shè)。結(jié)果表明：改進(jìn)后煙葉含筋率與改進(jìn)前相比有顯著降低，烤煙質(zhì)量得到提升。

5 結(jié) 論

本文以貴州銅仁地區(qū)烤煙質(zhì)量為研究對(duì)象，針對(duì)當(dāng)?shù)責(zé)熮r(nóng)使用傳統(tǒng)的黃土烤房烘烤煙葉中出現(xiàn)的煙葉質(zhì)量不穩(wěn)定、高等級(jí)煙葉少甚至出現(xiàn)壞房的現(xiàn)象，尋找原因，首先運(yùn)用因果圖分析影響烤煙質(zhì)量的因素；其次運(yùn)用多元線(xiàn)性回歸方法進(jìn)一步找到影響烤煙質(zhì)量的自變量，并對(duì)其實(shí)施改進(jìn)；最后收集改進(jìn)后的樣本數(shù)據(jù)，運(yùn)用假設(shè)檢驗(yàn)方法將改進(jìn)后的烤煙含筋率與上等煙含筋率0.15進(jìn)行比較，在顯著性水平為0.05的情況下，證明烤煙質(zhì)量等級(jí)得到改善，達(dá)到了改進(jìn)效果。實(shí)踐中，可以針對(duì)上述影響烤煙質(zhì)量的自變量進(jìn)行控制，以達(dá)到提高烤煙質(zhì)量的效果，具有一定的實(shí)際意義。

本文只研究了干筋期的溫度和穩(wěn)溫時(shí)間對(duì)上等煙產(chǎn)出率的影響，在烤煙質(zhì)量評(píng)級(jí)中除了烤煙含筋率這一指標(biāo)，還要考慮烤煙的物理和化學(xué)成分特性。由于數(shù)據(jù)收集的難易程度以及所涉及的知識(shí)范圍的局限未對(duì)此進(jìn)行討論分析。另外，隨著使用的烤煙新設(shè)備、新技術(shù)的不斷改良，現(xiàn)有的加工過(guò)程中所涉及的人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面對(duì)烤煙質(zhì)量有影響的因素也在不斷發(fā)生變化，加之貴州地域廣大，各地氣候條件不盡相同，以上方法是否能在整個(gè)貴州地區(qū)適用，還有待進(jìn)一步研究。